五氧化二鈮（Nb₂O₅）作為一種應變小、傳輸能壘低的離子嵌入材料，其有限的離子傳輸速率和電導率是限制其在鋰/鈉存儲系統中應用的主要因素。

揚州大學張淮浩等采用工業級碳管作為離子傳輸通道并結合富含氮摻雜和空位缺陷的Nb₂O₅制備了微球材料（N-Nb₂O₅-x@CNTs）。

圖1. 材料制備及表征

借助毛細管效應，碳納米管可以使電解液快速滲透到微球中，從而縮短Li⁺/Na⁺傳輸路徑。此外，碳納米管還阻礙了電解液與Nb₂O₅的直接接觸，抑制了不可逆反應。同時，氮摻雜和氧空位缺陷降低了Li⁺/Na⁺傳輸的能壘，提高了傳輸速率，密度泛函理論證明了這一點。最后，高導電性CNTs和來自缺陷的不成對電子也改善了Nb₂O₅的絕緣性能。

圖2. 動力學研究

受益于上述優勢，N-Nb₂O₅-x@CNTs在Li和Na半電池中的容量分別可以達到206.3和306.6 mAh g^-1，并且可以提供超過5000次穩定的循環。其組裝的混合電容器還提供高能量密度和功率密度（Li-HSC：79.9 Wh kg^-1和20 kW kg^-1；Na-HSC：71.3 Wh kg^-1和12.5 kW kg^-1）。有趣的是，公斤級微球復合材料可以在實驗室條件下使用工業級原材料生產，這意味著其在實際應用中的潛力。

圖3. 長循環性能及作用示意

Multidefect N-Nb2O5-x@CNTs Incorporated into Capillary Transport Framework for Li+/Na+ Storage. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202201450